České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky. Rozptýlená (decentralizovaná) výroba elektrické energie

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky

Rozptýlená (decentralizovaná) výroba elektrické energie A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

Ing. Tomáš Sýkora, Ph.D.

Centralizovaná výroba Centralizovaná výroba elektrické energie:

relativně malý počet zdrojů o velkém výkonu nízká cena za 1 kW instalovaného výkonu negativní dopad výpadku velkého zdroje na síť přeprava elektřiny na velké vzdálenosti znamená větší ztráty ■ vodní elektrárna ■ uhelná elektrárna ■ jaderná elektrárna

A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

2

Roční bilance elektřiny

zdroj: http://www.eru.cz/ A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

3

Struktura instalovaného výkonu


4

Vodní elektrárny (VE)

Elektrárny průtočné - nezadržují vodu Elektrárny akumulační - zadržují/akumulují vodu v nádrži Elektrárny přečerpávací – pracují v generátorickém a čerpadlovém režimu

největší akumulační VE – Orlík 4 x 91 MW největší přečerpávací VE – Dlouhé Stráně 2 x 325 MW


5

Uhelné elektrárny

Parní elektrárny (hnědé, černé uhlí) Paroplynové elektrárny (plyn) Teplárny, výtopny

instalovaný výkon 6670,8 MW 36%

11655,0 MW 64%

vyrobená energie 30567,4 GWh 37%

51682,6 GWh 63%


6

Jaderné elektrárny

jaderným palivem je obohacený uran ve formě tablet oxidu uraničitého uspořádaných do palivových tyčí moderátorem i chladivem je deionizovaná voda

Temelín (2 x 1000 MW) - 2002 Dukovany (4 x 440 MW) - 1986 uložení vyhořelého jaderného paliva

JADERNÉ ELEKTRÁRNY

JADERNÉ ELEKTRÁRNY vyrobená elektřina GWh - 2005

JE 22% 24727

OSTATNI 78%


57850

7

Decentralizovaná výroba elektrické energie Decentralizovaná výroba elektrické energie: velký počet zdrojů o malém výkonu vysoká cena za 1 kW instalovaného výkonu výpadek marginálně neovlivňuje kvalitu elektrické energie v síti elektřina je vyráběna v místě spotřeby, odpadají přenosové ztráty

Decentralizace soustavy je spjata s rozvojem obnovitelných zdrojů energie (OZE). Obnovitelné zdroje energie mají pomoci při výrobě elektrické energie jaderným a uhelným elektrárnám, jejichž zásoby paliva jsou omezené. Pomocí OZE má být zajištěna ekologická výroba elektrické energie: energie vodních toků sluneční energie energie spalováním biomasy energie větru


8

Struktura výroby elektrické energie z OZE

v roce 2009 bylo v ČR celkem z OZE vyrobeno 68,606 TWh


9

Malé vodní elektrárny

neznečišťují ovzduší nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost ES vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí nové možnosti pro revitalizaci prostředí ČR leží na rozvodí tří moří vodní elektrárny (všechny) se s celkovým instalovaným výkonem 17 % podílejí 4 % na výrobě ¾ hydroenergetické potenciálu do výkonu 10 MW a to činí 1570 GWh/rok a současně využitý je přibližně 500 GWh/rok MVE - instalovaný výkon do 10 MW pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost ES


10

Malé vodní elektrárny Vodní elektrárny dělíme podle: jmenovitého výkonu:

nízkotlaké do 20 m středotlaké od 20 do 100 m vysokotlaké nad 100 m

druhu:

typu turbíny:

velikosti spádu:

nad 520 kW (třída A) od 100 do 520 kW (třída B) do 100 kW (třída C)

Bánkiho turbína Francisova turbína Kaplanova turbína Peltonova turbína

výstavba:

jezy hráze staré mlýny a hamry

průtočné akumulační přečerpávací


zdroj: http://mve.energetika.cz

11

Technické parametry vodních toků


12

Nízkotlaké vodní dílo



13

Základní charakteristika vodních turbín

ηcelk = 0,6 – 0,8


14

Bánkiho turbína

rovnotlaká turbína dvojnásobný průtok oběžného kola, pro spád od 1 do 50 m (ekonomická pro spád 4 m a větší rozsah průtoků je od 50 l do několika m3/s (MVE)



15

Peltonova turbína

rovnotlaká turbína s využitím pro spády nad 30 m a pro průtoky od 10 l/s využívá se ve vysokotlakých (horských) oblastech i jako reverzibilní stroj



16

Francisova turbína

používá se pro velmi nízké spády od 0,8 m a pro velké průtoky i jako reverzní v přečerpávacích elektrárnách se spádem až do 500 m



17

Kaplanova turbína

přetlaková výborně regulovatelná turbína výroba je poměrně náročná, což se odráží ve vyšších cenách používá se pro spády od 1 do 20 m, průtoky 0,1 až několik m3/s (jezové a MVE)

vrtulová turbína



18

Podmínky pro úspěšnou instalaci vodní elektrárny

volba lokality (u nás už velmi omezené) volba dispozičního řešení elektrárny volba typu zařízení (převážně turbíny) vlastní spotřeba a její dodávka do sítě (využití stávajících objektů,…) ekonomická rozvaha (vytápění, spotřeba elektřiny, investiční a provozní náklady, návratnost,…) ERÚ (udělení licence, smlouva o odběru s distribuční společností)

Nevýhody využívání vodních elektráren: poměrně časově a investičně náročná předrealizační fáze při stavbě nového vodního díla je nutné vynaložit velké finanční prostředky návratnost vložených financí je silně závislá na využití vyrobené elektrické energie


19

Solární elektrárny

75 % energie dopadá na naše území v období duben – září v České republice dopadne na 1m² vodorovné plochy zhruba 950 – 1340 kWh energie Průměrná doba Roční období slunečního roční množství slunečních hodin se svitu (hod) pohybuje v rozmezí 1331 – 1844 hod Sluneční záření v ČR – MWh/kWh/m²


Průměrná intenzita slunečního záření I (W/m2)

duben - září

1320

604

říjen - březen

430

451

Celkem

1750

zdroj: http://www.czrea.org/ 20



zdroj: http://www.czrea.org/

21


dříve byly vysoké náklady na výrobu elektrické energie prostřednictvím fotovoltaických článků (25 – 28 Kč/kWh -EDU), dnes 10 % původní ceny v našich podmínkách spíše využití pro ohřev TUV

Sluneční elektrárny sluneční elektrárna s kolektory věžová sluneční elektrárna, sluneční záření je soustředěno soustavou naklápějících zrcadel na věž, na jejímž vrcholu je umístěný tepelný výměník určený pro ohřev teplonosného média


22

Solární elektrárny – inst. výkon nad 5 MWe


zdroj: http://www.eru.cz

23




24

Solární elektrárny – technické údaje

plocha 0,8 ha ~ 1 MW instalovaný výkon ⁭ → plocha ⁭ nad 5 MW instalovaného výkonu musí být plocha větší (1ha ~ 1 MW) 1 kW ~ 8 m2 3 $ / W (čínská cena)


25

Solární elektrárny - aplikace

Solární pec • velké parabolické zrcadlo, na které jsou sluneční paprsky směrovány pomocí heliostatů. • největší pec v Odeilo v Pyrenejích (teploty až 3800˚C) A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

26

Biomasa

správné spalování biomasy – uvolnění jen tolik CO2 kolik je absorbováno rostoucími rostlinami obsah zanedbatelného množství síry – nevzniká SO2 hodnoty NOX závisí na obsahu dusíkatých látek a závisí na teplotě spalování teplota spalování nižší než 500°C – uvolnění nespálených dehtových plynů lapače nečistot v komíně emisní limity upravuje vyhláška č. 117/1997 Sb. vyšší obsah vody → nižší výhřevnost spalování čisté biomasy tuhá kapalná plynná spalování biomasy a fosilních paliv


27

Biomasa


28

Bioplyn Třeboň


zdroj: E.ON letní energetická akademie

29

Biomasa Výhody: + zdroj energie – není vázán na lokality + pěstování energetických plodin + likvidace odpadů – zbytek lze využít jako hnojiva + menší negativní dopady na životní prostředí + bionafta Nevýhody: - vyšší obsah vody → nižší výhřevnost - vyšší objem paliva → vyšší skladovací prostory - vysoké investiční náklady na výrobu bioplynu - nutnost likvidace popela Situace využití biomasy v ČR

využití rychlerostoucích dřevin (habr, olše, … ) využití dřevěného odpadního materiálu (dřevěné odštěpky a krajinky z pil) obilná sláma: - využití v energetice pouze 20 -30 % - hlavní využití v zemědělství A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

30

Výhřevnost


31

Větrné elektrárny

vyšší polohy nad 650 m n.m. nelze realizovat VTE a FVTE v CHKO


32

Větrné elektrárny Rozvoj větrné energetiky na území ČR probíhal ve dvou fázích: 1. po vzoru dynamického rozvoje větrné energetiky v Dánsku a Německu nastal rozvoj po roce 1990 i v ČR, avšak po roce 1996 došlo ke stagnaci Instalovaný výkon VTE v České republice 2. další rozvoj po roce 2002 50 P (MW)

Odhad realizovatelného větrného potenciálu větrné energie na území ČR

40 30 20 10

340

MW

37,78

%

Západočeská energetika

55

MW

6,11

%

Východočeská energetika

90

MW

10,00

%

Středočeská energetika

15

MW

1,67

%

Severomoravská energetika

200

MW

22,22

%

Jihomoravská energetika

195

MW

21,67

%

5

MW

0,56

%

900

MW

100,00

%

Jihočeská CELKEM


0 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06

Severočeská energetika

rok

33

18,0

350,0

16,0

300,0


14,0

Výkon [kW]

12,0 200,0

10,0

150,0

8,0 6,0

Rychlost větru [m/s]

250,0

100,0 4,0 50,0

2,0

0: 00 :0 0

11 :0 0: 00 12 :0 0: 00 13 :0 0: 00 14 :0 0: 00 15 :0 0: 00 16 :0 0: 00 17 :0 0: 00 18 :0 0: 00 19 :0 0: 00 20 :0 0: 00 21 :0 0: 00 22 :0 0: 00 23 :0 0: 00

10 :0 0: 00

8: 00 :0 0 9: 00 :0 0

7: 00 :0 0

0,0

5: 00 :0 0 6: 00 :0 0

4: 00 :0 0

0,0

Čas Výkon

Vítr

P = k . D2 . v3 D…délka lopatky (m) v…rychlost větru (m.s-1) k…koeficient (typ turbíny, účinnost) A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

34

Větrné elektrárny Kryštofovy Hamry 21 x 2 MW



35




36

Konstrukční provedení VTE

Konstrukce rotoru vrtule VTE pevné připojení lopatek k rotoru turbíny pohyblivé uložení lopatek k rotoru turbíny (pitch regulation) Generátory používané ve VTE asynchronní generátory synchronní generátory dvojitě napájené generátory (doubly-fed generator ) Připojení VTE do elektrické sítě přímé připojení (turbína – převodovka – generátor) nepřímé připojení (turbína – měnič f – generátor)


37

Připojení VTE k elektrické síti

rotor s vnuceným kmitočtem regulaci otáček v rozmezí cca 70 – 100% A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

zapojení s rekuperačním 4Q měničem kmitočtu

mnohapólový SG s rekuperačním 4Q měničem kmitočtu

zdroj: Vladimír Česenek: Porovnání jednotlivých zdrojů OZE v ČR (CIRED 2007 - Tábor)

38

Nepřímé připojení VTE k elektrické síti Výhody přímého připojení VTE k elektrické síti: možnost provozu větrné turbíny s proměnou rychlostí při prudkém nárazu větru dojde k prudké změně otáček rotoru a tento přebytek energie se uloží v akumulačních částech obvodu do té doby, než tento prudkých náraz skončí při použití výkonové elektroniky lze řídit jalový výkon (VTE je připojena do sítě s malým zkratovým výkonem) Nevýhody přímého připojení VTE k elektrické síti: vyšší pořizovací náklady (je potřebovat usměrňovač a dva invertory) je ztráta energie při přeměně elektrické energie AC – DC – AC výkonová elektronika je zdrojem rušení v elektrické síti Větrné elektrárny způsobují různé zpětné vlivy na elektrickou síť jako jsou vyšší harmonické, interharmonické, kolísání napětí a flicker. Všechny tyto nepříznivé zpětné vlivy lze vykompenzovat použitím vhodných typů generátorů a příslušných měničů až na flicker. A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

39

Vliv flickeru na elektrickou sítě

patří mezi nejdůležitější kritéria hodnocení kvality elektrické energie je způsoben větrným stínem tubusu elektrárny nebo větrným gradientem nejrozšířenější VTE s konstantní rychlostí jsou vybaveny asynchronním generátorem s přímým připojením k elektrické síti změny točivého momentu generátoru se projeví kolísáním jalového a zejména činného výkonu flicker a změny napětí, se prakticky nevyskytují u vysokorychlostních VTE vybavených výkonovými měniči

Pro omezení vlivu flickeru je třeba instalovat přídavná zařízení, např. aktivní filtry (AF) nebo systémy SMES (akumulace energie pomocí supravodivých magnetů). A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

40



zdroj: http://www.vetrneelektrarny.bestweb.cz/ 41

Plovoucí větrné elektrárny Technické parametry elektrárny Výkon turbíny: 2,3 MW Váha turbíny: 138 tun Výška turbíny: 65 m Průměr rotoru: 82,4 m Plovák pod mořským dnem: 100m Celková hmotnost: 5300 tun Průměr na mořské hladině: 6 m Pro mořské hloubky: 120 - 700 m Počet kotvišť: 3


zdroj: http://jevisovka.webnode.com/news/vetrna-elektrarna-pohybujici-se-v-hlubokych-vodach/

42

Časová proměnlivost elektrického výkonu z OZE Druh obnovitelného Rychlost změny zdroje Spalování biomasy Bioplynové stanice

Výstupní výkon se během hodiny mění v rozmezí 70 – 100 %, během minuty o jednotky % jmenovitého výkonu

Malé vodní elektrárny Větrné elektrárny

Výstupní výkon se během jedné hodiny může měnit od 0 do 100%, během jedné minuty o desítky % jmenovitého výkonu

Fotovoltaické elektrárny

Výstupní výkon je poměrně konstantní, mění se změnou slunečního záření podle ročního období nebo pohybu oblačnosti a pohybem slunce na obloze (nejsou-li použité natáčecí panely)


zdroj: Vladimír Česenek: Porovnání jednotlivých zdrojů OZE v ČR (CIRED 2007 - Tábor)

43

Kogenerace kombinovaná výroba elektrické energie a tepla, podíl vyrobené elektrické energie je 30-40 % ku 70-60 % vyrobeného tepla paliva: pevná tekutá plynná


44

Decentralizované zdroje do 1 MW


Centralizované zdroje

45

Struktura zdrojů a spotřeby v ES


46

Bilance elektřiny ES ČR – září 2011 (GWh)


zdroj: http://www.eru.cz/

47

Měsíční tabulka instalovaného výkonu v ES ČR



48

Měsíční tabulka výroby elektřiny brutto v ES ČR



49

Výroba elektřiny za měsíc – podrobně (GWh)

zdroj: http://www.eru.cz/ A0M15EZS – Elektrické zdroje a soustavy 8. přednáška ZS 2010/2011

50

Energetická rušení v distribučních a průmyslových sítích Literatura http://www.czrea.org/ http://mve.energetika.cz http://www.vetrnaelektrarna.cz/ http://www.ekowatt.cz/ wikipedie http://www.eru.cz


51

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky. Rozptýlená (decentralizovaná) výroba elektrické energie

Recommend Documents